热轧带钢层流冷却系统建模仿真与控制研究

摘要

层流冷却作为热轧带钢重要的控制冷却方式,在国内热轧厂具有广泛应用。而冷却过程温度控制和卷取温度控制将直接影响带钢的组织性能和力学性能。因此,对带钢层流冷却系统的分析和研究具有重要的现实意义。本文以武钢2250热轧厂的带钢层流冷却系统为背景,针对其模型存在的忽略温度动态变化、带钢厚度方向温度梯度考虑较少、以及开环控制效果不理想等问题,对如何提高层流冷却过程温度模型跟踪预测精度和卷取温度控制精度进行了较全面深入的研究探索。研究内容及结果如下:
　　分析了武钢2250设备工艺特点和带钢的冷却机理,确定带钢冷却动态模型建立方法:根据带钢外部传热机理建立热力学温度子模型,全面考虑相变过程机理建立相变动力学温度子模型,然后运用迭代法计算二者之间的耦合关系。
　　利用典型钢种物理参数确定冷却过程带钢主要热物性参数,采用线性回归的方法计算水冷换热系数,在此基础上对带钢冷却温度模型进行Simulink离线仿真,通过仿真分析相变、水流密度、带钢厚度等因素对冷却模型的影响;同时采集武钢实际生产数据对冷却模型进行验证,证明了冷却动态模型带钢温度变化趋势的合理性。
　　提出了带钢冷却过程控制最优操作点分析求解方法,并将之运用于控制冷却策略设计中;根据带钢冷却过程大惯性、非线性、强耦合、温度不可测性等特点设计了冷却控制策略方法,建立了以预设定-前馈控制为主、反馈-自适应控制为辅的控制结构,最后通过仿真结果分析所设计控制方法的有效性。

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1 绪论

1.1课题研究背景

1.2带钢层流冷却技术

1.3层流冷却控制技术的现状和问题

1.3.1层流冷却过程的数学模型

1.4本文研究的主要内容

2 层流冷却系统数学模型研究

2.1层流冷却过程工艺

2.2带钢冷却机理分析

2.3带钢冷却温度模型建立

2.4本章小结

3 带钢冷却模型的仿真分析与验证

3.1冷却模型关键参数的处理

3.2冷却模型的离线仿真分析

3.3关键因素对冷却模型的影响

3.4冷却模型的验证

3.5本章小结

4 层流冷却控制单元的设计

4.1模型最优控制量操作点计算

4.2控制单元总体结构

4.3控制单元模块分析

4.4控制系统仿真结果

4.5本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间研究成果